图片来源：tsuneomp/Shutterstock.com
利用核裂变作为推进方法的研究和发展始于20世纪初th世纪。从1954年第一艘核潜艇“鹦鹉螺”号被美国海军委托使用的那一刻起，这一概念就证明了它的潜力，实现了当时任何常规潜艇都无法企及的持续速度和潜入时间的壮举。
如果没有核裂变的力量和安全利用核裂变的材料科学，就不可能取得这样的成就。本文将分析2018年英国皇家海军机敏号（HMS Astute）潜艇现代反应堆中使用的材料，以强调实现该技术所需的材料科学。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
核裂变的工作原理
为了理解为什么核反应堆选用某些材料，需要解释核反应堆欧洲杯足球竞彩是如何工作的。
核反应堆由核裂变过程提供动力，在这个过程中，一个中子被发射到一个“重”原子的原子核中，导致它变得不稳定并分裂。它以热量和其他中子的形式释放能量，被其他原子吸收，重复这个循环。释放的能量将周围的水加热成蒸汽。在这一点上，反应堆本质上就像一个蒸汽机。蒸汽带动涡轮机(在这种情况下，推动潜艇)，然后冷凝成水，送回反应堆的核心。
英国皇家海军机敏号使用压水反应堆（PWR），而不是沸水反应堆（BWR）。压水堆有两个水回路。反应堆堆芯加热高压主回路。尽管加热超过了其典型沸点，但巨大的压力使水保持液态，称为“过热水”。辅助回路通过该主回路加热并转化为蒸汽。然而，沸水反应堆只有一个回路。这一解释提供了对这些反应堆需要承受的极端条件的洞察。
反应堆外层（容器和屏蔽）
反应堆的容器是容纳堆芯本身的部件。这个容器在整个反应堆中经历了一些最极端的条件：它必须承受极高的温度和压力，同时不断受到内部裂变过程产生的杂散中子的撞击。其材料必须非常坚固，以免出现任何裂缝或其他重大结构故障。如果这一结构遭到破坏，核辐射将被释放到环境中。在一个像潜艇一样封闭的空间里，这种情况是危险的。
工程师使用经过特殊处理的材料制造容器。在HMS Astute中，使用了欧洲杯足球竞彩低合金锰钼钢。锰和钼含量显著提高了钢的机械性能，如强度。
该合金还具有高度可焊性，这是一个理想的特性，因为焊接是制造容器时的首选工艺。与大多数其他连接方法相比，焊接在处理大载荷时更为有效，因为它能更均匀地分配载荷，最大限度地减少高应力的奇异点。
该合金也能抵抗中子辐照，中子辐照通常会导致材料变脆，从而降低其可焊性和韧性。这种材料通常经过淬火和回火，从而进一步提高其强度。欧洲杯足球竞彩
容器周围有进一步的屏蔽，以减少可能逸出的中子和伽马射线的数量。HMS精明反应堆有两个主屏蔽。下半部分由一个固体的固定式淡水铅罐组成，可吸收大部分伽马射线。淡水（轻水）中的氢具有相对较高的吸收截面，因为它可以形成氘。水也是一种很好的慢化剂，因为它降低了中子在水中运动的高能，从而降低了中子的速度。
屏蔽的上半部分是柔性的，因为它由许多大块聚乙烯制成。和轻水一样，聚乙烯的氢含量非常高，因此具有很高的吸收截面。类似地，它的散射能力——减少入射中子能量的能力——也大大提高了。上部主屏蔽必须可移动，因为工程师将通过可移动顶部将燃料和硼控制棒插入容器。
了解更多有关当前市场上材料加工设备的信息2020欧洲杯下注官网
堆芯内部（燃料棒、控制棒和慢化剂）
在堆芯内，有充满放射性芯块的燃料棒。最常见的是，这些颗粒是由富集的二氧化铀制成的，它被制成粉末，然后通过高压和加热(一种称为烧结的过程)变成小的类似陶瓷的颗粒。
HMS精明的燃料芯块充满氦气，以更好地传热和防止过热。它还包含一个低中子吸收率的耐腐蚀合金包层，这样它就不会吸收出射中子并防止裂变过程。
二氧化铀的浓缩是指增加铀235同位素百分比的过程。天然铀通常含有约0.7%的U-235。它的其余部分是不可裂变的U-238同位素。浓缩可以将这一比例提高到5%，使其在进行裂变时更加有效。
如果不加以适当控制，核裂变将呈指数增长;一个中子可以分裂一个原子并释放两个中子。这种增长有可能导致反应堆堆芯熔毁甚至爆炸。许多控制棒被放置在燃料棒之间以防止这种情况发生，并且可以在任何时候投进去以停止裂变过程。
控制棒通常由硼制成，因为它具有高中子吸收率和高熔点。此外，反应堆的温度通过使用主回路的水作为冷却剂来降低。水还起到减速剂的作用，降低中子的速度以增加发生碰撞的可能性，从而引发裂变反应。
将这些材料结合在一起，欧洲杯足球竞彩HMS Astute能够利用目前已知的最有效的能源之一进行推进。随着推进和能源方法的进步，材料科学也适应了，使之成为可能，核反应堆的科学壮举也不例外。欧洲杯线上买球
参考文献和进一步阅读
历史（2010）美国海军鹦鹉螺号世界首艘核潜艇服役。[联机]可从以下网址获得：https://www.history.com/this-day-in-history/uss-nautilus-commissioned（于2020年9月29日查阅）。
海军历史与遗产司令部（2015年）鹦鹉螺四号（SSN-571）[联机]可从以下网址获得：https://www.history.navy.mil/research/histories/ship-histories/danfs/n/nautilus-ssn-571-iv.html（于2020年9月29日查阅）。
铃木,k (1998)反应堆压力容器材料。欧洲杯足球竞彩[在线]国际原子能机构。https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/30/013/30013703.pdf?r=1（于2020年9月29日查阅）。
贝尔V(在线)核反应堆网址：https://www.belv.be/index.php/en/ct-menu-v-nuclear/ct-menu-v-nucleartechnology/ct-menu-v-pwrinoperation/ct-menu-v-pwrinoperation-reactor（于2020年9月29日查阅）。
世界核能[在线]铀浓缩．网址：https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/conversion-enrichment-and-fabrication/uranium-enrichment.aspx（于2020年9月29日查阅）。
A工作，B。，等．中子慢化剂。[在线]能源教育。网址：https://energyeducation.ca/encyclopedia/Neutron_moderator（于2020年9月29日查阅）。
张旭东，杨敏，张旭东，吴华，郭胜，王勇。(2017)交替多层结构聚乙烯复合材料的中子屏蔽性能研究。复合材料科学与技术欧洲杯线上买球，150，第16-23页。https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2017.06.007
盖茨，J.，2018年。机敏级核潜艇，2010年至今（业主车间手册）。海斯出版社。
免责声明：此处表达的观点是作者以个人身份表达的观点，不一定代表本网站所有者和运营商AZoM.com Limited T/A AZoNetwork的观点。本免责声明构成本协议的一部分条款和条件本网站的使用情况。